我国学者发现-高等植物次要捕光复合物晶体结构

日前，《自然—结构与分子生物学》杂志在线发表了中科院生物物理研究所常文瑞课题组的一项重大突破：他们成功了高等植物光合膜蛋白中菠菜次要捕光复合物CP29的2.8?覽分辨率三维晶体结构。这是全球首个关于高等植物次要捕光复合物的晶体结构研究成果。

植物的光合作用起始于捕光阶段，而光系统Ⅱ核心复合物的外围有一个高效的捕光天线系统。其中，CP29作为最大的蛋白，不仅承担着捕获太阳能并将能量传递到反应中心的使命，还在LHCⅡ与反应中心之间发挥着桥梁作用。对于植物在强高光照条件下的光保护机制，CP29更是被揭示出起到了关键作用。

获得足够量、稳定且均一的CP29蛋白样品对于晶体生长至关重要，但这是一项公认的挑战。由于CP29在光系统中的含量较低且容易见光不稳定，多年来，许多实验室虽然尝试过获取CP29的晶体，但最终都未能成功获得可用于结构的晶体。常文瑞课题组经过长达5年的潜心研究，终于突破了这一难题，独立完成了包括蛋白的分离纯化、晶体生长以及结构等全部工作。

这项研究成果纠正了以往预测模型中关于CP29的错误认知。通过晶体结构，我们发现CP29拥有完整精确的色素网络，每个单体结合了13个叶绿素和3个类胡萝卜素分子。更令人惊奇的是，研究人员发现了5个新的叶绿素分子和一个特殊的叶绿素对，其独特的配位方式在光合膜蛋白中也是首次发现。晶体结构还揭示了两个重要的色素簇，它们可能涉及能量的进出口和光保护机制。

CP29这一重要光合膜蛋白的三维结构测定，为我们从原子水平上深入研究高等植物次要捕光复合物的高效捕光、能量传递和光保护等机制提供了宝贵的结构基础。继2004年常文瑞课题组菠菜LHCⅡ晶体结构之后，这一研究成果再次推动了我国在光合作用机理和膜蛋白三维结构研究领域的领先地位，为人类对自然界生命活动的理解开启了新的篇章。这一成就不仅展示了我国在生物学领域的科研实力，也为进一步揭示光合作用的奥秘奠定了基础。